본 연구에서는 지구과학 그래프 유형을 분석하기 위한 기준을 만들고, 과학 교과서 비교 분석을 통하여 지구과학 그래프의 유형과 특징을 파악함으로써 지구과학 교과서에서 그래프의 기능과 구조에 대한 시사점을 얻고자 하였다. 지구과학 교과서 분석 결과, 선 그래프와 등치선도가 많이 사용되고 있는 것으로 나타났다. 선 그래프 중에는 단순 선 그래프 이외에도 다중 선 그래프와 YX 그래프의 사용 비율이 특히 높았다. 다른 과학 교과의 그래프와 비교 분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학 교과에 비해 사용되는 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양함을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산 그래프 등의 비율이 높았다. 선 그래프 중에서는 특히 YX 그래프의 비율이 다른 교과에 비해 매우 높아 지구과학 교과의 가장 특정적인 그래프인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 지구과학 교과서에서 그래프의 구조와 기능면에서의 개선을 시사하며, 학생들의 그래프 해석 능력에 대한 후속 연구를 제안한다.
본 연구에서는 지구과학 그래프 유형을 분석하기 위한 기준을 만들고, 과학 교과서 비교 분석을 통하여 지구과학 그래프의 유형과 특징을 파악함으로써 지구과학 교과서에서 그래프의 기능과 구조에 대한 시사점을 얻고자 하였다. 지구과학 교과서 분석 결과, 선 그래프와 등치선도가 많이 사용되고 있는 것으로 나타났다. 선 그래프 중에는 단순 선 그래프 이외에도 다중 선 그래프와 YX 그래프의 사용 비율이 특히 높았다. 다른 과학 교과의 그래프와 비교 분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학 교과에 비해 사용되는 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양함을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산 그래프 등의 비율이 높았다. 선 그래프 중에서는 특히 YX 그래프의 비율이 다른 교과에 비해 매우 높아 지구과학 교과의 가장 특정적인 그래프인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 지구과학 교과서에서 그래프의 구조와 기능면에서의 개선을 시사하며, 학생들의 그래프 해석 능력에 대한 후속 연구를 제안한다.
Graph is a major aspect of science textbooks. In this study, we investigated graph types and characteristics used in high school earth science subject by comparative analysis of science textbooks. The results of the analysis revealed that line graph and contour map was the most widely used graph typ...
Graph is a major aspect of science textbooks. In this study, we investigated graph types and characteristics used in high school earth science subject by comparative analysis of science textbooks. The results of the analysis revealed that line graph and contour map was the most widely used graph types in earth science. Among line graphs, multiple line graph and YX graph was dominant. Comparing earth science graphs with other science graphs, earth science graphs exhibited superior in the number and variety. In earth science graphs, the portion of line graph was small, but the portion of contour map and scatter graph was larger than that of other science graphs. YX graph was the most specific graph type in earth science textbooks. The results of our study have implications for reform in function and structure of graph. We suggest that future studies be focused on students' ability of earth science graph interpretation.
Graph is a major aspect of science textbooks. In this study, we investigated graph types and characteristics used in high school earth science subject by comparative analysis of science textbooks. The results of the analysis revealed that line graph and contour map was the most widely used graph types in earth science. Among line graphs, multiple line graph and YX graph was dominant. Comparing earth science graphs with other science graphs, earth science graphs exhibited superior in the number and variety. In earth science graphs, the portion of line graph was small, but the portion of contour map and scatter graph was larger than that of other science graphs. YX graph was the most specific graph type in earth science textbooks. The results of our study have implications for reform in function and structure of graph. We suggest that future studies be focused on students' ability of earth science graph interpretation.
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문제 정의
또한 물리, 화학, 생물 교과와 비교하여 지구과학 그래프가 가진 특징을 찾아냄으로써 앞으로 지구과학 교과서 개발에서 그래프의 기능과 구조에 대한 시사점을 얻고자 하였다.
본 연구는 지구과학 교과에서 사용되는 그래프의 유형을 분류하고 그 특징을 분석함으로써 그래프에 대한 인식을 새롭게 하고 교과서에서 그래프의 중요성을 부각시켰다는 점에서 의의가 있다. 본 연구의 결과는 앞으로 지구과학 교과서 개발에 있어 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이며, 이와 관련하여 몇 가지 제안을 하면 다음과 같다.
그러므로 지구과학을 비롯한 과학 교과서 내의 그래프를 분석하는 것은 의미가 있는 작업일 것이다. 본 연구에서는 그래프 관련 문헌 연구를 통해 우선 지구과학 그래프 유형을 분석하기 위한 기준을 만들고, 이러한 기준을 토대로 현행 고등학교 지구과학 교과서를 분석하여 지구과학 교과에서 사용되는 그래프의 유형을 분류하였다. 아울러 물리, 화학, 생물 교과 교과서에 포함되어 있는 그래프와 비교하여 지구과학 그래프가 가진 특징을 찾아냄으로써, 앞으로의 지구과학 교과서 개발에서 그래프의 기능(function)과 구조(structure)에 대한 시사점을 얻고자 한다.
본 연구에서는 지구과학 그래프 유형을 분석하기 위한 기준을 만들고, 과학 교과서 비교 분석을 통하여 지구과학 그래프의 유형과 특징을 파악함으로써 지구과학 교과서에서 그래프의 기능과 구조에 대한 시사점을 얻고자 하였다. 지구과학 교과서 분석 결과, 선 그래프와 등치선도가 많이 사용되고 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 지구과학 그래프의 유형과 특징을 파악하기 위해 그래프 분류 기준과 틀을 개발하고, 문헌연구를 통해 그래프 유형을 규정하였으며, 몇 가지 그래프 유형을 새롭게 정의하여 지구과학 교과서를 분석하였다. 또한 물리, 화학, 생물 교과와 비교하여 지구과학 그래프가 가진 특징을 찾아냄으로써 앞으로 지구과학 교과서 개발에서 그래프의 기능과 구조에 대한 시사점을 얻고자 하였다.
본 연구에서는 그래프 관련 문헌 연구를 통해 우선 지구과학 그래프 유형을 분석하기 위한 기준을 만들고, 이러한 기준을 토대로 현행 고등학교 지구과학 교과서를 분석하여 지구과학 교과에서 사용되는 그래프의 유형을 분류하였다. 아울러 물리, 화학, 생물 교과 교과서에 포함되어 있는 그래프와 비교하여 지구과학 그래프가 가진 특징을 찾아냄으로써, 앞으로의 지구과학 교과서 개발에서 그래프의 기능(function)과 구조(structure)에 대한 시사점을 얻고자 한다.
이에 본 연구에서는 지구과학 교과에서 사용되는 그래프의 유형과 특징을 분석하기 위해 고등학교 과학 교과서를 분석하고자 한다. 과학 교과서는 교육 목표를 달성하기 위한 교육과정의 기본 정신에 따라 교과 내용을 효율적으로 구성한 교재로써 과학 수업에서 중요한 요소이다(Abraham et al.
제안 방법
몇 번의 연습을 거쳐 서로의 판단 기준을 일치시킨 후, 1명의 연구자는 지구과학 교과서를, 나머지 연구자는 물리, 화학, 생물 교과서를 각각 분석하였다. 두 번째 단계에서는 그래프의 유형을 판별하고 각각의 특징을 살펴보는 세밀한 분석(fine-grained analysis)을 실시하였다. 그래프 유형 판별 시에도 첫 번째 단계에서와 같은 연습과 재합의 과정을 거쳤다.
첫 번째 단계에서는 그래프 여부를 판단하고 단원별로 그 수를 세는(counting) 거친 분석 (coarse-grained analysis)을 실시하였다. 먼저, 연구자와 대학원에서 지구과학 교육을 전공한 1인의 분석자가 그래프 여부에 대한 판단기준을 숙지한 후, 무작위로 교과서를 펼쳐 나오는 그래프를 대상으로 그래프 여부를 각자 판정하여 그 결과를 비교하였다. 이 과정에서 준 그래프의 판단 기준에 대한 약간의 혼동이 있었지만 판단 기준 재합의 후에는 거의 1.
0에 가까운 일치도(interrater agreement)를 나타내었다. 몇 번의 연습을 거쳐 서로의 판단 기준을 일치시킨 후, 1명의 연구자는 지구과학 교과서를, 나머지 연구자는 물리, 화학, 생물 교과서를 각각 분석하였다. 두 번째 단계에서는 그래프의 유형을 판별하고 각각의 특징을 살펴보는 세밀한 분석(fine-grained analysis)을 실시하였다.
본 연구에서는 그래프를 Harris(2000)가 지적한 것처럼 '2개 이상의 정보 그룹 사이의 양적인 관계를 보여주고 있으며 한 개 이상의 양적인 척도가 표현된 그래픽 자료, 로 의미를 한정하고, 표 1과 같은 그래프 판단 기준을 세우고 이를 바탕으로 그래프 여부를 판단하였다.
분석하는 작업을 수행하였다. 지구과학 그래프와 다른 과학 교과의 그래프 비교는 각 교과별로 II 과목 교과서를 대상으로 이루어졌다.
일기도를 비롯한 등치선도(contour map)는 준그래프로 간주했고, 이후 본 연구에서 등치선도를 다른 그래프 유형과 대등하게 다루었다. 지구과학은 땅, 바다, 대기 등 실제 지구상에서 일어나는 현상과 지구 자체의 속성에 대한 학문이므로 지구과학적 연구 자료들은 경우에 따라서 실제 지구 위에서 표현될 때 가장 잘 이해될 수 있다.
지구과학 교과서가 다른 교과서에 비해 양적인 그래프 사용 비율에서 어떤 차이가 있으며, 지구과학 교과에서 사용되는 독특한 그래프 유형의 특징은 무엇인지 분석하기 위하여 다른 과학 교과서와 비교 . 분석하는 작업을 수행하였다.
분석 방법은 두 단계의 순서로 이루어졌다. 첫 번째 단계에서는 그래프 여부를 판단하고 단원별로 그 수를 세는(counting) 거친 분석 (coarse-grained analysis)을 실시하였다. 먼저, 연구자와 대학원에서 지구과학 교육을 전공한 1인의 분석자가 그래프 여부에 대한 판단기준을 숙지한 후, 무작위로 교과서를 펼쳐 나오는 그래프를 대상으로 그래프 여부를 각자 판정하여 그 결과를 비교하였다.
따라서 이와 같이 그래프와 같은 기능을 갖는 등치선도를 이 연구에서는 준 그래프로 간주했다. 하지만 등고선도는 가장 기본적인 등치선도이지만, 고도에 대한 정보가 인간에게 상당히 직관적으로 여겨지는 정보이므로 일반적인 지도와 거의 같다고 판단하여 본 연구에서는 둥고선도를 그래프나 준 그래프로 간주하지 않았다. 한편, 인공위성에서 측정한 수온이나 오존 분포 등을 지도 위에 컴퓨터 화상으로 표현한 그래픽 자료는 등치선도로 간주하였다.
한편, 그래프의 가장 많은 비율을 차지하는 선 그래프에 대해서는 과학 과목별로 세부 유형별 비교를 실시하였다. 그림 11의 결과를 보면, 물리 교과의 경우는 전체 선 그래프 중에서 단순 선 그래프가 85.
대상 데이터
분석에 사용된 지구과학 교과서는 3개 출판사의 지구과학 I과 지구과학 II 교과서 총 6권이며, 각각의 출판사는 A, B, C로 지칭하였다(경재복 외, 2004; 김희수 외, 2002; 이문원 외, 2002). 한편, 지구과학 교과서와 비교하기 위해 분석된 다른 과학 교과서는 2개 출판사의 물리 Ⅱ, 화학 Ⅱ, 생물 II 교과서 총 6권이며 각각의 출판사는 A, B로 지칭하였다(김윤택 외, 2002; 박희송외, 2002; 서정쌍 외, 2002; 우규환 외, 2002; 이춘우 외, 2002; 채광표 외, 2002).
성능/효과
결국, 본 연구에서 정의된, YX 그래프, 는 단순히 수학적인 수단으로서의 그래프의 의미를 넘어서, 실제 지구의 바다, 땅, 대기와 연결되어 지구에서 일어나는 현상을 직관적으로 이해하는데 큰 도움을 줄 수 있다. 이와 같은 YX 그래프는 과학 학습에서의, 모형(model), 과 같은 역할을 한다고 볼 수 있다.
과목별로 구분하여 살펴보면, 지구과학 I에서는 41.7%로 가장 많았던 단순 선 그래프가 지구과학 II로 심화되면서 상대적으로 줄고 다중 선 그래프의 비중(40.5%)이 높아졌음을 알 수 있었다. 과목에서 다루고 있는 개념이 복잡해지고 정량적인 비교해야 할 자료들이 증가되기 때문이라 생각된다.
6% 정도로 다른 교과들에 비해 상대적으로 낮았으며, 다중선 그래프와 YX 그래프가 더 많이 사용되는 것으로 분석되었다. 그 외에도 분산 선 그래프와 중복 그래프, 방향성 변화 그래프 또한 다른 과학 교과에 비해 더 많은 비율을 차지하는 등 전반적으로 선 그래프의 세부유형도 다양함을 확인할 수 있었다.
2%)가 다른 그래프에 비해 훨씬 많이 사용됨을 알 수 있다. 또한 과목이 심화되면서 선그래프, 분산 그래프, 영역 그래프의 비율은 약간 증가하는 반면 등치선도의 사용 비율은 약간 감소하는 것으로 나타났다.
반면, 지구과학은 단순 선 그래프의 비율이 28.6% 정도로 다른 교과들에 비해 상대적으로 낮았으며, 다중선 그래프와 YX 그래프가 더 많이 사용되는 것으로 분석되었다. 그 외에도 분산 선 그래프와 중복 그래프, 방향성 변화 그래프 또한 다른 과학 교과에 비해 더 많은 비율을 차지하는 등 전반적으로 선 그래프의 세부유형도 다양함을 확인할 수 있었다.
다른 과학 교과의 그래프와 비교 . 분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학 교과에 비해 사용되는 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양함을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산 그래프 등의 비율이 높았다.
비교 . 분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학교과에 비해 교과서에 수록된 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양할 뿐만 아니라 YX 그래프를 비롯하여 지구과학의 학문적 특성이 반영된 독특한 유형의 그래프가 많이 사용됨을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산그래프 등의 비율이 높았다.
2%를 차지하였다. 생물 교과에서는 37.4%를 차지한 단순 선그래프보다 다중 선 그래프가 65.3%로 훨씬 많은 것으로 나타났다.
특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산 그래프 등의 비율이 높았다. 선 그래프 중에서는 특히 YX 그래프의 비율이 다른 교과에 비해 매우 높아 지구과학 교과의 가장 특징적인 그래프인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 지구과학 교과서에서 그래프의 구조와 기능면에서의 개선을 시사하며, 학생들의 그래프 해석 능력에 대한 후속 연구를 제안한다.
비율을 분석한 것이다. 전체적으로 지구과학 I과목과 지구과학 II 과목에서 차지하는 영역별 그래프의 비율이 크게 달라지는 것으로 나타났다.
선 그래프 중에는 단순 선 그래프 이외에도 다중 선 그래프와 YX 그래프의 사용 비율이 특히 높았다. 지구과학 I 과목에서 II 과목으로 갈수록 그래프의 수는 대폭 증가하였으며, 상대적으로 선 그래프 특히, 다중 선 그래프의 비율이 증가하였다. 지구과학 I의 경우 대부분이 대기과학과 해양학 영역의 그래프였으나, 지구과학 II 과목에서는 지질학과 천문학 분야의 그래프 비율이 대폭 증가하였다.
분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학교과에 비해 교과서에 수록된 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양할 뿐만 아니라 YX 그래프를 비롯하여 지구과학의 학문적 특성이 반영된 독특한 유형의 그래프가 많이 사용됨을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산그래프 등의 비율이 높았다. 선 그래프 중에서는 다중선 그래프와 YX 그래프의 비율이 높았다.
분석한 결과, 지구과학 교과는 다른 과학교과에 비해 교과서에 수록된 그래프의 수가 많고 그 유형이 다양할 뿐만 아니라 YX 그래프를 비롯하여 지구과학의 학문적 특성이 반영된 독특한 유형의 그래프가 많이 사용됨을 알 수 있었다. 특히, 다른 과학 교과에 비해 선 그래프의 비율은 낮은 반면 등치선도, 분산그래프 등의 비율이 높았다. 선 그래프 중에서는 다중선 그래프와 YX 그래프의 비율이 높았다.
표 5의 결과를 보면, 지구과학 I 교과서에는 평균 39.7개, 지구과학 II 교과서에는 평균 62.3개의 그래프가 수록되어 있는 것으로 나타나 과목이 심화되면서 그래프의 수가 증가함을 보여준다.
후속연구
그러므로 지구과학 교육과정을 편성하거나 교과서를 개발하는 경우에, 학생의 탐구 능력과 관련지어 그래프 자체에 대한 교육의 필요성을 고려하고, 학생들에게 이해하기 쉬운 적절한 그래프를 설계하기 위한 고민이 있어야 할 것으로 판단된다. 더불어 그래프 유형에 따른 학생들의 그래프 해석 능력의 차이 및 그래프의 구조와 기능이 학생들의 과학 개념이해에 미치는 영향에 대한 후속 연구가 있어야 할 것이다.
실제로 지구과학의 그래프들은 독립변수로 지리적인 개념이 관련된 위도나 거리를 사용한 그래프의 비율이 높다. 등치선도나 등치선 그래프는 실시간으로 제공되는 전 지구적인 환경 변화를 한눈에 보여줄 수 있고, 지구과학적물리량의 수평 및 수직 분포를 일목요연하게 보여줄 수 있기 때문에 앞으로의 지구과학 교과서에서도 그 활용 빈도가 높을 것이다. 하지만 이들 그래프들이 가진 공간적인 해석 능력을 요구하는 특성상 교사나 학생 모두에게 해석하는데 어려움을 줄 수 있다.
선 그래프 중에서는 특히 YX 그래프의 비율이 다른 교과에 비해 매우 높아 지구과학 교과의 가장 특징적인 그래프인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 지구과학 교과서에서 그래프의 구조와 기능면에서의 개선을 시사하며, 학생들의 그래프 해석 능력에 대한 후속 연구를 제안한다.
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